杨晶晶
身份证：23040519851116****
摘要：近年来，石油生产发展迅速，生产装置的危险系数逐渐提高，所开发的产品也变得越来越容易燃烧，容易爆炸，导致整个石油生产过程的安全系数大大降低。因此对装置内的抗爆控制进行结构分析是相当重要的，应根据实际的特点对其进行计算，提出些许设计改进的建议。对于石油化工企业来说，通过对控制室结构进行分析后，极大提高防爆控制室的安全性能，减少爆炸的损失。
关键字:石油化工；控制室；抗爆；结构设计；延性
控制室的抗爆设计依据是现行的《石油化工控制室抗爆设计规范》（GB 50779—2012，以下简称规范），《石油化工控制室设计规范》（SH/T 3006—2012）。目前国内各设计单位的对于抗爆结构的计算各行其是，抗爆墙的做法与厚度差距较大。
1概述
1.1 爆炸及爆炸荷载作用
爆炸是物质内含的能量，在一定环境条件下触发后瞬间集中释放的现象。石油化工行业中的爆炸可分为蒸气云爆炸、压力容器爆炸、凝液相爆炸和粉尘爆炸四个基本形式，由于其生产性质，最常发生的是可燃气体、液体的蒸气与空气混合物的爆炸，即蒸气云爆炸。当发生爆炸时，爆心区在瞬时内产生极高压力，于是形成一股高压气流，从爆心以超过声波速度向四周推进，其前沿犹如一道压力墙面，空气冲击波的高压直接作用于结构，相当于一般地区地震荷载的数倍。爆炸冲击波的量级和形态取决于能量释放的特性和距爆炸中心的距离。
1.2抗爆结构设计依据
相对美、英等国家而言，我国在建筑结构物抗爆防护方面研究起步较晚，且多是面向军事防爆建筑的，针对工业及民用建筑方面研究较少，石油化工类抗爆设计主要依据的规范也大都参考国外规范制定。设计主要依据石油化工类抗爆设计规范及相关行业规范，主要有:
SH/T 3006—2012 石油化工控制室设计规范、GB 50779—2012 石油化工控制室抗爆设计规范、GB 50010—2010 混凝土结构设计规范、GB 50011—2010 建筑抗震设计规范。
1.3 抗爆结构设计原则
1) 爆炸荷载是偶然性瞬间作用的荷载，作用次数常常只有一次，荷载值却特别大，且又不很确定。鉴于爆炸作用的特点，结构设计的安全度或者承载力储备可降低要求，允许结构达到设计荷载时进入塑性阶段，出现较大的变形和裂缝，甚至局部破坏，但是必须防止倒塌和具备必要的维护功能。
2) 爆炸荷载作用下要对结构进行动力分析，以确定建筑物的变形，即结构构件的延性比和弹塑性转角满足规范 GB 50779—2012 石油化工控制室抗爆设计规范要求。
3) 由于装置爆炸所产生的冲击波特性和破坏力的不确定性，除了进行力学计算，抗爆设计更应注重概念设计。即采用延性好的结构体系，整个结构要有多余的抗力能力，有较好的防连续性倒塌的能力。在设计中宜采用现浇钢筋混凝土结构，矩形平面布置，层数宜为一层。
2 结构设计的基本规定
2.1 设计的依据
随着我国的科技水平不断提高，建筑行业的发展越来越好，但在抗爆建筑方面与发达国家相比仍显不足。我国在这方面的研究相对欠缺，目前抗爆控制室的标准还是主要参考国外标准。
2.2规则标准
依照设计规范中的条例进行设计，要求当爆炸发生时，控制室的结构不能发生较大的变化，允许出现一定的损坏，但是必须要在能进行修复的范围之内。准确分析爆炸荷载，以此为基础来确定控制室的变形程度，根据爆炸的特点来设计控制室的结构，使控制室的性能满足规范要求。爆炸所产生的影响是不确定的，因此在控制室结构设计时，不仅局限于例行的计算，更应注重对整个控制室的结构体系设计。在建设控制室时，可以采取钢筋混凝土的结构进行矩形平面的设置，单层最优，多层控制室与一层控制室结构相比，其安全性能相对不足。爆炸波是由于发生爆炸的现象，在空中形成的一种冲击波和压力波。这两种波存在不同的形式，如图1所示。
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2.3 设计方法
抗爆控制室的设计采取动力分析法，该分析方法主要分为两类 ：单自由度体系动力分析和等效静荷载分析方法。
2.4 设计原理
2.4.1 结构方面
控制室通常是采用防爆结构来进行设计的，外防爆剪力墙与内框架柱分离，以实现外防爆墙消散爆炸水平荷载、内框架不受水平爆炸荷载（仅垂直荷载）的目的，保证主体结构安全。
2.4.2 作用原理
若石油化工生产时发生了爆炸，爆炸所产生的爆炸力会贯穿控制室墙面，因此要利用屋面板，将荷载传递给墙边，再传递给控制室的基础。内部的框架只适合承担竖向的荷载。
2.5变形方面
控制室在遭受爆炸时，要求变形程度较小，这就要求构件的延展性和弹塑性较好。
2.6 材料方面
选取好的材料，承受的压力较强，产生的形变较好。
3 设计流程
3.1 前期准备阶段
根据建筑专业提供的条件，确定抗爆墙的平面位置及结构的抗爆性能目标。根据相关专业条件及规范确定前墙的爆炸荷载。
3.2 确定计算模型及构件试算
抗爆构件的设计过程为试算的过程。首先依据安评报告或规范给出的爆炸力，计算爆炸荷载各项参数。选择结构构件材料、设定外墙参数后，进行各个构件的单自由度体系动力计算，根据计算得出的变形结果（延性比、弹塑性转角）来调整构件的材料和参数，直至符合规范要求。通常的做法是先假定构件的配筋 As，核算构件的延性比、转角是否满足要求。对结构裂缝可不进行验算。
3.3 无爆炸荷载参与时的结构计算
不考虑爆炸荷载作用时，结构计算按正常使用情况设计，使用PKPM 或其它结构计算软件进行计算，对外围抗爆剪力墙以外的框架结构进行恒、活、风、地震等荷载效应组合下的承 载力和正常使用分析。
3.4 施工图绘制
在计算完成后进行施工图绘制时，应按正常使用情况结构计算和爆炸荷载参与作用弹塑性计算两种工况的不利结果进行取值。爆炸荷载参与作用下的弹塑性计算结果是抗爆墙的控制工况，抗爆墙的截面大小、材料的强度等级及配筋量均应按此工况的结果进行设计；框架柱、梁及屋面板的设计应按两种工况进行包络设计，按两种工况的不利结果进行配筋。应当注意的是，爆炸荷载的大小与抗爆构件的刚度密切相关，抗爆墙的截面大小、混凝土及钢筋的强度等级、配筋量均应按计算结果进行设计，不得随意更改。因为配筋率对结构构件的延性影响较大，随意加大钢筋面积将削弱构件的变形能力和耗能性能，结构将承受更大的爆炸力，反而会引起安全隐患。
4抗爆控制室区域布置要求
抗爆控制室与有爆炸危险性的装置之间必须设有一定的安全间距,这是国外相关标准的一致性要求。但不同的设计标准有着不同的取值,这也反映出各企业之间对于控制室抗爆设防标准的不一致性。安全要求较高的公司,在其制订的标准中要求控制室与装置之间的间距应不小于60m。如一著名的欧洲石油公司,在其相关标准中规定新建装置的控制室宜首先考虑布置在与公共设施如餐厅、盟洗、浴室、办公、实验室相结合的行政管理区中主办公区内,与工艺装置的安全距离应不小于Zoom,与贮运场距离应不小于loom,并根据有关要求建成抗爆钢筋混凝土结构形式的建筑物。也有一些国际知名公司规定这个间距应不小于30m,但这是在所有能够查询到的相关标准中最小的间距要求。在抗爆控制室的区域布置要求中,国外标准中的一些具体的规定值得在设计中参考。如:若控制室设在工艺装置的旁边,则该建筑物(包括将来可能扩建部分)必须布置在非危险区范围内,且至少一边(最好是后边)邻近道路或停车场。控制室四周不应被装置包围。另外,建筑物与含有易燃介质的设备间距应不小于巧m;操作压力较高的整套装置与建筑物间最小间距应不小于30;m建筑物与系统管道的间距应不小于6m。控制室至少应在三个方向设置紧急疏散通道。建筑物位置不应低于四周装置区及罐区,并远离产生振动或噪声的设备,如受蒸汽泄压设备、重型泵或压缩机等。对有主导风向的地区,建筑物应设在上风向。还应考虑扩建的可能性,必要时还需要设置消防专用停车场地等。为了确保安全,应将控制室布置在装置区域内的非危险区域,这也是国外相关标准的一致性要求。根据我国发布的GB50058《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》及GB50160《石油化工企业设计防火规范》中的相关规定,非危险区域应界定为附加二区以外的区域。尽管在附加二区内距自然地坪600~高以上区域也可以界定为非危险区域,但作为一栋基于地面建造的建筑物,由于受到不同自然条件、建筑体形及构造的影响,距自然地坪台以)~高以内的危险性因素仍可能对建筑安全构成潜在的威胁。因此,抗爆控制室的置区域应在附加二区的水平范围以外,即最小布置间距为30m。这是控制室抗爆设计的基本准则。
结语：
综上所述，对于石油化工企业而言，设计抗爆控制室是相当重要的。设计时要考虑到整体设计、构建材料等。本文针对工程进行分析，不断地改进石油化工企业的防爆控制室的结构，达到完美的结构，增强抵御爆炸的能力。
参考文献：
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